Estudo teórico-numérico para a construção de um dinamômetro hidráulico de baixo custo para competição do baja sae

Abstract

O presente trabalho apresenta o projeto do elemento frenante de um dinamômetro hidráulico para veículos Baja SAE. Optou-se por utilizar uma bomba centrífuga de geometria simplificada como elemento frenante. O projeto foi desenvolvido através de estudo teórico baseado na bibliografia para projeto de bombas. O cálculo foi validado utilizando-se simulação CFD para obtenção das curvas de potência por velocidade de rotação da bomba, potência de eixo mínima e máxima consumida para cada faixa de rotação crítica estabelecida na metodologia. A qualidade da malha aplicada no problema foi avaliada através de análise GCI. As condições iniciais do problema, condições de contorno e as características geométricas foram extraídas do cálculo teórico. Buscou-se bom compromisso entre qualidade numérica da solução e tempo computacional empregado. A malha empregada para a solução contém 1,3 milhões de volumes. Nessas condições, a simulação de cada ponto de operação demorou 30 minutos. Verificou-se que a faixa de potência consumida pela bomba projetada varia entre 529 e 10116 W, sendo necessário ajuste externo (ampliação mecânica) da rotação do motor para adequar a faixa de potência consumida. Por fim, a geometria projetada atende aos objetivos propostos: consumo de potência com um custo reduzido de fabricação (a geometria foi simplificada para facilitar usinagem dos componentes).

A project of a hydraulic dynamometer breaking element in the form of a simplified geometry centrifugal pump, aimed to Baja SAE vehicles, is shown in this works. From the available bibliography regarding pumps the project theory is set. The mathematical procedure is validated through CFD simulation of power curves per pump rotation speed, as well as simulation of minimal and maximal shaft power consumed per each critical rotation speed range defined in the methodology. The quality of the mesh applied to this problem is evaluated by CGI analysis, in which the initial conditions, the boundary conditions and geometrical characteristics were extracted from the theoretical formulation. A compromise between the numerical solution quality and the computational time spent for calculation is aimed, leading to the resulting mesh encompassing 1.3 million volumes, with each simulated point taking about 30 minutes for processing. The power consumed by the projected pump is in the range of 529 to 10116 W, thus requiring external regulation (namely mechanical amplification) of the engines’ rotation. The designed geometry achieves the goals set of power consumption with reduced production costs (the geometry was simplified to ease the machining process).